Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Методическое пособие 757

.pdf
Скачиваний:
17
Добавлен:
30.04.2022
Размер:
7.9 Mб
Скачать

Однако применение активированных подобным способом сорбентов, помимо значительного положительного эффекта, имеет и недостатки – уменьшается рН клеевой композиции и время желатинизации. В этой связи для снижения содержания в выбросах формальдегида в клеевые композиции в данной работе вводится глинистый минерал монтмориллонит, предварительно термомодифицированный и активированный импульсным магнитным полем

(ИМП).

Экспериментальная часть

На производстве в состав смолы в качестве наполнителя вводят каолинит, глинистый минерал с жесткой каркасной структурой, в количестве 2-5 % от массы смолы. Каолинит добавляют для создания необходимой вязкости, меньшего впитывания смолы в древесные материалы и, соответственно, меньшего расхода смолы. Однако сорбционная емкость каолинита по формальдегиду незначительна (0,2 мг/г), что не позволяет использовать его в качестве сорбента. Термическая активация монтмориллонита способствует освобождению адсорбци- онно-активных центров и, как следствие, увеличению поглотительной способности алюмосиликата [8]. Активация осуществлялась при температуре 453 К [9]. Подготовленные образцы помещают в сушильный шкаф с естественной циркуляцией воздуха. Время обработки составило один час, время установлено в предыдущих исследованиях [4].

Для обработки магнитными импульсами бюкс с сорбентом определенной массы помещали внутрь соленоида, на который подавался ток для создания электромагнитного поля. Для исследований использовали генератор ИМП, обеспечивающий амплитуду магнитного поля 0,011 Тл, время воздействия 30 сек [9].

Для определения выделения формальдегида из чистого клея использовали ацетилацетоновый метод, а при исследовании эмиссии формальдегида из фанеры – камерный.

Определение содержание свободного формальдегида основано на методе Хандтца, при котором формальдегид реагирует с ионами аммония и ацетилацетона с выделением диацетилдигидролутидина (DDL), окрашенного в желтый цвет. DDL характеризуется пределом абсорбции при 412 нм [10-12]. Данная реакция является специфической для формальдегида.

Камерный метод является неразрушающим в отличие от разрушающих методов определения формальдегида в клееных древесных материалах, широко используемых на производстве (методы WKI и перфораторный).

Для опыта готовили 5-слойную фанеру из березового шпона. Используемый клей содержал 100 частей смолы, 2 части отвердителя и 2 части минерала. Фанеру склеивали в прессе с температурой плит 105 оС и выдерживали в течение недели для доотверждения. Образцы фанеры помещались в камеру, где поддерживалась постоянная температура и влажность воздуха. В камере создавалась циркуляция воздуха, близкая к условиям жилого помещения. Через 48 часов к системе подсоединяли коническую колбу объемом 250 мл с дистиллированной водой. Объем воды в колбе определяется концентрацией формальдегида. При помощи компрессора воздух циркулирует в системе по замкнутому кругу. Скорость циркуляции воздуха составляет 1 л/час. Формальдегид, выделившийся из образцов смолы, под действием воздуха пропускался через дистиллированную воду и частично растворялся в ней. По истечении определенного времени (1 час) компрессор выключался и с помощью зажимов прекращался доступ воздуха в коническую колбу. В течение 15 минут колба должна быть закрыта для достижения полного растворения формальдегида в воде. Затем колба отсоединялась от установки и закрывалась притертой пробкой. Концентрация формальдегида в водном растворе определялась фотометрически.

Результаты и обсуждение. Для определения диапазона распространения формальдегида в атмосфере, на примере промышленных выбросов мебельных комбинатов (с использованием традиционного наполнителя КФС каолинита), проведен расчет приземной концентрации, который осуществлялся по методике [13].

Величина приземной концентрации, полученная при использовании в качестве наполнителя каолинита, представлена на рис. 1 (кр. 2).

131

1 2

3

Изменение концентрации формальдегида на определенном расстоянии от источника выброса: 1 - без введения наполнителя в клеевую композицию;

2 - при введении в клеевую композицию 2 % каолинита; 3 - при введении в клеевую композицию 2 % монтмориллонита, предварительно обработанного термически и в ИМП

На основании расчетов установлено, что концентрация формальдегида распределяется от источника выброса, проходя через максимум на расстоянии 100 м, то есть в зоне нахождения жилого массива и зеленой зоны. В работе исследовано выделение формальдегида из клеевой композиции и клееных древесных изделий на основе карбамидоформальдегидной смолы при введении необработанного и предварительно активированного монтмориллонита. Данные представлены в табл. 1.

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

 

Эмиссия формальдегида из клеевой композиции

 

 

Эмиссия формальдегида, мг/м3

 

 

 

 

 

без добав-

необработанный

термообработан-

монтморилло-

монтморилло-

нит,

обработан-

ления сор-

монтморилло-

ный монтморилло-

нит,

обработан-

ный

термо и в

бента

нит

нит

ный в ИМП

ИМП

 

 

 

 

 

 

 

0,141

0,134

0,099

0,084

 

0,075

 

Примечание: т/о – термическая обработка; ИМП – обработка в импульсном магнитном поле.

Наиболее интенсивно снижается концентрация формальдегида над отвержденной клеевой композицией, в которую входит карбамидоформальдегидная смола марки КФЖ (содержание свободного формальдегида 0,9 %) и 2 % (от массы смолы) минерального наполнителя, обработанного термически и в ИМП. Воздействие ИМП на образец монтмориллонита способствует более эффективному снижению эмиссии формальдегида из клеевой композиции (в 1,9 раза). Определяли эмиссию формальдегида из фанеры, полученной с использованием клеевой композиции на основе КФС, содержащей минерал, предварительно обработанный термически, в импульсном магнитном поле и комплексно (табл. 2).

132

 

 

 

 

 

Таблица 2

 

 

Эмиссия формальдегида из фанеры

 

 

Эмиссия формальдегида, мг/м3

 

 

 

 

без добав-

необработанный

т/о монтморил-

монтмориллонит,

монтмориллонит,

 

ления

сор-

обработанный в

обработанный

 

монтмориллонит

лонит

 

бента

 

ИМП

термо- и в ИМП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,124

 

0,120

0,087

0,072

0,056

 

Примечание: т/о – термическая обработка; ИМП – обработка в импульсном магнитном

 

поле.

 

 

 

 

 

 

Отмечается, что при добавлении в клееные материалы на основе карбамидоформальдегидных смол монтмориллонита, предварительно обработанного в импульсном магнитном поле и термически, происходит снижение эмиссии в 2,2 раза.

Сорбция молекул формальдегида исследуемым сорбентом-наполнителем, повидимому, осуществляется в результате образования водородных связей на внешней поверхности и в порах между группами SiOH, AlOH, FeOH, MgOH через мостик в виде молекул воды по следующим схемам:

Si

H

H

 

H

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O–H…O–H…O=C–H

 

 

 

 

 

 

Si(Al)

–OH…O–H…O=C–H

 

 

 

 

 

 

Si

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O–H…O=C–H

 

 

Si(Al)

–OH…O–H…O=C–H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

или

 

H

H

Выводы

Таким образом, доказана целесообразность замены каолинита, традиционного производственного наполнителя карбамидоформальдегидных смол и клеѐв, на минерал монтмориллонит, последовательно обработанный термически и в слабом импульсном магнитном поле (11 мТл). Термическая составляющая комплексной обработки позволяет высвободить активные сорбционные центры, в основном от молекул воды, за счѐт еѐ десорбции. Влияние слабого магнитного поля заключается в повышении доли хемосорбционной составляющей и образовании более прочных связей сорбент - сорбат, что позволяет снизить эмиссию формальдегида в окружающую среду (атмосферу, жилые, производственные, спортивные, офисные, торговые и другие помещения, в которых используется фанера, полученная с использованием формальдегидосодержащих смол). При этом концентрация десорбированного формальдегида снижается относительно предельного значения (0,1 мг/м3) на 44 %, а приземная концентрация уменьшается с 8 до 4,8 мг/м3.

Литература

1.Скубневская, Г.И. Загрязнение атмосферы формальдегидом / Г.И. Скубневская, Г.Г. Дульцева. – Новосибирск, 1994. – 69 с.

2.Кондратьев, В.П. Водостойкие клеи в деревообработке / В.П. Кондратьев, Ю.Г. Доронин. – М.: Лесн. пром-ть, 1988.– 216 с.

3.Доронин, Ю.Г. Синтетические смолы в деревообработке: учеб. / Ю.Г. Доронин, С. Н. Мирошниченко, М.М. Свиткина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Лесн. пром-ть, 1987. – 224 с.

4.Бельчинская, Л.И. Природозащитная технология обезвреживания и утилизации отходов мебельных производств / Воронеж, 2002. – 210 с.

5.Ткачева, О.А. Разработка клеевой композиции с пониженным содержанием свободного формальдегида для склеивания и облицовывания древесины, обезвреживание и утилизация сточных вод / О.А. Ткачева // Дисс… канд. техн. наук.– Воронеж, 2000. – 153 с.

133

6.Лавлинская, О.В. Разработка клеевых композиций для производства фанеры пониженной токсичности. Дисс… канд. техн. наук.– В., 2004. – 152 с.

7.Бельчинская, Л.И. Снижение экологического ущерба окружающей среде при использовании растительных наполнителей в производстве фанеры / Л.И. Бельчинская, О.В. Лавлинская, Н.А. Ходосова // Экология и промышленность России. – 2009. - №9. – С. 40 –

42.

8.Арипов, Э.А. Активные центры монтмориллонита и хемосорбция / Э.А. Арипов, А.А. Агзамходжаев. – Ташкент: Фан, 1983. – С. 15 - 48.

9.Ходосова Н.А. Дисс… канд. хим. наук. Иваново, 2009. - 184 с.

10.Панели на древесной основе. Определение содержания формальдегида – метод экстракции посредством перфорации / Европейский стандарт EN 120; пер. с англ. – Брюссель.: Центральный секретариат, 1992. – 10 с.

11.Комарова, Е.Е. Определение выделяемого из древесностружечных плит формальдегида фотоколориметрическим методам с использованием ацетилацетона: экспрессинформ. / Е.Е. Комарова Б.В. Ромашков, В.В. Васильев. – М.: ВНИПИЭИлеспром, 1987. – С. 16-19. – (Плиты и фанера; Вып. 12).

12.Myers B., Johrs W., Weo J. // Forest Products. – 1980. – Vol.30. - №3. – Р. 24-31.

13.Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. - Л.: Гидрометиздат, 1983. – С. 4-11.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

N.A. Khodosova, L.I. Belchinskaya

USE OF THE COMPLEX ACTIVATED MONTMORILLONITE IN GLUE COMPOSITIONS

Preliminary complex to activation of sorption ability of clay mineral of montmorillonite – thermo - and in pulse magnetic field was offered. In a complex activated mineral when using as filler of glue compositions is capable to reduce significantly emission of formaldehyde from glue and plywood on the basis of ureaformaldehyde resins.It results from a water desorption at thermal activation and sorptions of communications, more suitable for processes, a sorbent-sorbate are formed and the share of a hemosorbtion was increased.It is established that introduction of the activated montmorillonite to glue leads to decrease in ground concentration of formaldehyde in emissions of the furniture enterprises almost twice

Key words: montmorillonite, weak pulse magnetic field, plywood, sorption, glue composition, formaldehyde, heat treat-

ment

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov»

УДК 672.86

М.А. Терещенко, Н.В. Мозговой

СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА

ВТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ УСТАНОВКАХ

Встатье рассматриваются аппараты пульсирующего горения в качестве возможного направления по модерниза-

ции теплогенерирующего оборудования для снижения загрязнения окружающей среды. Приводится пример снижения выбросов оксидов азота при использовании аппаратов подобного типа. Перечисляются основные механизмы образования оксидов азота, и приводится анализ этих процессов с учетом особенностей аппаратов пульсирующего горения с аэродинамическим клапаном

Ключевые слова: техносферная безопасность, повышение эффективности, теплогенерирующие установки, аппараты пульсирующего горения, теплогенератор, аэродинамический клапан, оксиды азота

Решение проблем техносферной безопасности давно уже является одной из самых актуальных задач современного научного сообщества. Эта проблема многогранна. Одной из ее

134

сторон является перенасыщение атмосферы Земли продуктами сгорания различных видов топлива. Как известно, оксиды азота (NOx) относятся к наиболее вредным и опасным примесям, поступающим в атмосферу при сжигании жидкого, твердого и газообразного топлив в топках котлов и печей, двигателях внутреннего сгорания, газотурбинных установках и других теплогенерирующих установках. В качестве одного из перспективных направлений развития теплогенерирующего и энергетического оборудования при использовании углеводородного топлива можно предложить использование в них принципов пульсирующего горения. Такие аппараты известны достаточно давно, но их широкое внедрение тормозилось за счет бытовавшего стереотипного убеждения в негативном эффекте колебательных процессов, происходящих в камере сгорания. Действительно, при горении, в частности, углеводородного топлива в различных устройствах (авиационные и ракетные двигатели, технологические и промышленные топки) при определенных условиях наблюдается пульсационный режим горения. Такой режим всегда рассматривался как наименее желательный, так как он может привести к значительным вибрациям, а иногда и к разрушению камеры сгорания. Вместе с тем, приближение режима горения к контролируемым пульсациям интенсифицирует процесс горения, способствуя более эффективному использованию горючего и значительно снижая образование и, соответственно, выбросы в атмосферу, в том числе и оксидов азота. Главным преимуществом аппаратов пульсирующего горения является то, что процесс, протекающий в камере сгорания, отличается наибольшей полнотой сгорания топлива. Они существенно менее металлоемки, просты в эксплуатации, имеют высокие экологические показатели и имеют очень высокий КПД. В настоящее время созданы реально работающие конструкции водонагревателей, теплогенераторов и парогенераторов, в которых реализован данный принцип.

Для техносферной безопасности в качестве главного преимущества аппаратов пульсирующего горения, в частности, теплогенератора на основе аппарата пульсирующего горения можно считать его высокие экологические характеристики. В различных работах, например [1], описывается применение теплогенераторов даже для сушки лекарственных препаратов и продуктов питания.

На данное преимущество указывают многие авторы, однако теоретических обоснований, а тем более, адекватных математических моделей для оценки экологической эффективности теплогенерирующих аппаратов пульсирующего горения до недавнего времени не было. Подобный метод расчета мог бы еще на стадии проектирования помочь оценить количество вредных выбросов, тем самым ответить на вопрос о пригодности конкретного теплогенератора для решения поставленных задач с точки зрения экологии.

Приведем краткие сведения о физических и химических процессах в системах пульсирующего горения (ПГ).

Итоговые уравнения химических реакций и стехиометрические коэффициенты в системах ПГ практически аналогичны хорошо изученным для обычных топочных процессов в системах стационарного горения. Если абсолютные давления реагирующих веществ близки к атмосферному давлению, а амплитуда колебаний давления много меньше абсолютного давления (случай линейной акустики), то главным отличием ПГ от «факельного» следует считать:

1.Более интенсивное перемешивание компонентов как следствие нестационарных вихрей, интенсивная газификация капель или твердых частиц топлива (основная причина низкой эмиссии монооксида углерода);

2.Отсутствие пространственно стационарных фронтов горения и, следовательно, пространственно сглаженные поля температур (основная причина низкой эмиссии оксидов азота) [2];

3.Возникновение периодов времени, в которые возможно давление в топочных камерах ниже атмосферного;

4.Генерация акустических волн (шума пульсаций) со спектром близким к Фурье-

135

спектру «прямоугольных» колебаний.

В последнее время в исследованиях, связанных с проблемой понижения эмиссии оксидов азота при горении, возрастает роль математического моделирования. Так как большинство реальных процессов горения происходит в турбулентном режиме, проблема сводится к расчету образования оксидов азота при турбулентном горении. В настоящей работе проводится оценка механизмов формирования NOх в аппаратах пульсирующего горения, в частности, в аппаратах пульсирующего горения с аэродинамическим клапаном. Что касается самих моделей образования оксидов азота в пламени, то к основным механизмам образования NOх можно отнести [3]:

1.Тепловой или «термический» механизм (схема Зельдовича);

2.Радикальный механизм (образование NO за счет так называемых быстрых реакций);

3.Механизм образования NO за счет азотосодержащих соединений в топливе. Большинство расчетов образования оксидов азота проводится в рамках модели Зель-

довича, то есть когда образование NO связывается с протеканием трех основных реакций, а концентрация атомарного кислорода находится из условий равновесия. Более детальное рассмотрение кинетики химических реакций и подробный учет кинетической схемы приводит к значительному усложнению задачи. Так, в работе [4] рассмотрена цепочка из 196 прямых и обратных реакций, приводящих к образованию NO. Такое неоправданное усложнение задачи привело авторов к необходимости пренебрежения турбулентностью, рассматривалось ламинарное распространение пламени. Экспериментальные исследования, приведенные в работе [5], показали, что образование NOх является реакцией, на которую наибольшее воздействие оказывают турбулентные пульсации температуры и концентраций реагирующих веществ. Об экологических показателях аппаратов пульсирующего горения можно судить по суммарному выходу NOx. В работе [6] авторами показано, что при стационарном горении топлива «термический» путь образования NOх по механизму Я.Б. Зельдовича вносит основной вклад в загрязнение окружающей среды выбросами оксидов азота. В работах [4, 5] был произведен теоретический анализ выхода оксидов азота в аппаратах пульсирующего горения. В них было доказано, что, в отличие от факельного горения, основной вклад в итоговое содержание оксидов азота, образующихся при сгорании топлива в аппаратах пульсирующего горения с аэродинамическим клапаном, вносят «быстрые» оксиды азота, рис. 1.

Конечная концентрация «быстрых» оксидов азота практически не зависит от температуры в камере сгорания. Их содержание в продуктах сгорания примерно одинаково как для аппаратов пульсирующего горения, так и в установках факельного сжигания топлива. Следует отметить, что в отличие от стационарного горения, в аппаратах пульсирующего горения с аэродинамическим клапаном равновесные характеристики не достигаются, и, именно поэтому, действительный выход «термических» оксидов азота на несколько порядков ниже равновесных. Это связано с тем, что время пребывания компонентов топлива в камере сгорания не превышает 0,02 с (для равновесных процессов требуется не менее 0,05 с).

Таким образом, конечное снижение концентрации NOx во многом определяется снижением «термических» оксидов азота в аппаратах пульсирующего горения.

Благодаря методике учета неравновесности процессов при образовании NOx, описанной в работе [7], получены результаты по выходу оксидов азота в аппарате пульсирующего горения с аэродинамическим клапаном тепловой мощностью 326,8 кВт, которые представлены на рис. 2, 3 [8]. Стоит отметить, что расчетные и экспериментальные данные для данного теплогенератора удовлетворительно совпадают.

136

Концентрация NO, кг/м3

 

 

 

 

 

 

 

 

2∙10-4

 

 

 

 

1 –

термические NO

 

 

1,8∙10-4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2 –

быстрые NO

 

 

 

 

 

2

 

 

1,6∙10-4

 

 

3 –

суммарные NO

 

 

 

 

 

 

 

1,4∙10-4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,2∙10-4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1∙10-4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8∙10-5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6∙10-5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4∙10-5

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2∙10-5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

τ,с

0

0,002

0,004

0,006

 

0,008

0,01

0,012

0,014

 

 

Рис. 1. Концентрация оксида азота при горении метана в воздухе в аппарате пульсирующего горения в течение цикла пульсаций

На рис. 2 отчетливо видно существенное влияние неравновесности процесса на образование «термических» оксидов азота. Из-за недостижения равновесного состояния процесса образования «термических» NO их концентрация значительно ниже, чем могла бы быть в случае равновесного процесса. При этом вклад «термических» оксидов азота в общее количество NO, образующихся в АПГ с аэродинамическим клапаном, незначительный, рис. 3.

Рис. 2. Зависимость «мгновенной» концентрации «термического» оксида азота и изменения температуры при горении водорода

137

Концентрация NO, кг/м3

 

 

 

 

1·10-2

 

 

 

 

 

1·10-3

 

 

 

 

 

1·10-4

 

 

 

 

 

1·10-5

 

1 –

состояние

 

1·10-6

 

 

 

 

 

1·10-7

 

2 –

 

процесс в АПГ

 

 

 

 

 

 

1·10-8

 

 

 

 

 

1·10-9

 

 

 

 

 

1·10-10

 

 

 

 

 

1·10

-11

 

 

 

 

τ, с

 

 

 

 

 

 

 

0

0,005

0,01

0,015

0,02

 

 

Рис. 3. Изменение концентрации термических NO в цикле клебаний в АПГ

 

 

мощностью 326,8 кВт при горении водорода

 

Поскольку образование и «термических», и «быстрых» оксидов азота растет с ростом температуры, то на их образование в АПГ влияет главным образом изменение коэффициента избытка воздуха, которое определяет амплитуду колебания температуры. В АПГ с углеводородным топливом, определяющим механизмом образования оксидов азота является образование «быстрых» оксидов, который дает на порядки больший выход, чем образование «термических» оксидов.

Литература

1.Терещенко М.А. Термовлажностная обработка материалов с использованием аппаратов пульсирующего горения [научная статья]: Н.В. Мозговой - Первые Международные Лыковские научные чтения «Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов в различных отраслях промышленности и агропромышленном комплексе». - Москва, 2015. - С. 412-415.

2.Мозговой Н.В. Влияние процессов пульсации в камере сгорания аппаратов пульсирующего горения на выход оксидов азота [научная статья]: М.А. Терещенко - Вестник Воронежского государственного технического университета. - Воронеж, 2008. - Т.4. - №7.- С. 7376.

3.Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. - Л.: Недра, 1977. -

С. 294.

4.Бочков М.В., Ловачев Л.А., Хвисевич С.Н. и др. Образование оксида азота при распространении ламинарного пламени по гомогенной метановоздушной смеси // Физика горения и взрыва, 1998. - Т.34. - №1. - С. 9-19.

5.Терещенко М.А. Экспериментальное исследование парогенератора на основе пульсирующего горения и оценка его экологичности [научная статья]: Н.В. Мозговой, В.И. Быченок. – Теплоэнергетика. - Москва, 2009. - №6. - С. 69-72.

6.Терещенко М.А. Парогенератор для термовлажностной обработки грунта на основе пульсирующего горения [научная статья]: И.Н. Мозговой, А.В. Бараков - Материалы 15-ой Всероссийской научно-практической конференции «Энергетики и металлургии настоящему

138

ибудущему России». – Магнитогорск, 2014. - С. 122-125.

7.Мозговой Н.В., Терещенко М.А. Расчет выхода «термических» оксидов азота для различных видов топлива в аппаратах пульсирующего горения / Труды десятой всероссийской научнотехнической конференции. – Воронеж: АКТ-2009. - С. 438-445.

8.Быченок В.И. Парогенератор на основе пульсирующего горения для термовлажностой обработки материалов / В.И. Быченок, Н.В. Мозговой, М.А. Терещенко // Вестник ВГТУ. - Воронеж, 2006. - Том №2. - №6. - С. 32-36.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

M.A. Tereshchenko, N.V. Mozgovoy

REDUCTION OF EMISSIONS OF NITROGEN OXIDES IN THERMOGENERATING

INSTALLATIONS

The article considers pulsating combustion devices as a possible direction for upgrading heat generating equipment to reduce environmental pollution. An example of a reduction in nitrogen oxide emissions when using apparatus of this type is given. The main mechanisms for the formation of nitrogen oxides are listed and an analysis of these processes is made, taking into account the characteristics of pulsating combustion apparatus with an aerodynamic valve

Key words: technospheric security, efficiency increase, heat generating plants, pulsating combustion apparatus, heat generator, aerodynamic valve, nitrogen oxides

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «The Voronezh state Technical University»

УДК 69: 657. 92

В.Г. Булаев, Р.В. Брызгалов

УТИЛИЗАЦИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ШПАЛ НА РОССИЙСКИХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ

Приведены результаты анализа работы установки КУЩ-40 при утилизации железобетонных шпал Ключевые слова: утилизация, железобетонная шпала, себестоимость, рентабельность

Ежегодно при выполнении работ по разборке, реконструкции и ремонту железнодорожных путей образуется огромное количество отслуживших свой срок железнодорожных шпал, тонны которых скапливаются на территориях железных дорог ОАО «Российские железные дороги».

Между тем, железобетонные шпалы, отслужившие свой срок, могут быть успешно переработаны в щебень для последующего повторного использования в качестве материала для отсыпки территории, в фундаментных и ландшафтных работах, для создания временных дорог. Образующийся в процессе переработки железобетонных шпал очищенный лом арматурной стали может найти свое применение в металлургической промышленности.

Специально под задачи переработки железобетонных шпал, отслуживших свой срок,

ООО «Ресайклинговые инновационные технологии» был разработан Комплекс утилизации железобетонных шпал на железнодорожном транспорте КУШ–40, позволивший решить задачи переработки столь специфического по своим прочностным и составным характеристикам материала, которым являются железобетонные шпалы.

В настоящее время из-за возрастающего количества подлежащих замене шпал и ужесточения требований по охране окружающей среды серьезным вопросом для транспортной отрасли является проблема утилизации железнодорожных шпал. Ежегодно на сети железных дорог выводится из производственного использования более 1 млн. штук деревянных шпал, которые меняют на железобетонные конструкции. Для предотвращения гниения они обрабатываются пропиточным маслом (креозотом), эффективным антисептиком, но экологически

139

опасным продуктом. Утилизация шпал путем прямого сжигания невозможна, в результате горения пропиточного масла образуется еще более опасный токсин 1 класса опасности – диоксин.

Решение острейшей для транспортной отрасли экологической проблемы, связанной с хранением и утилизацией отработанных шпал, путем применения новой технологии переработки, в процессе которой они утрачивают токсичную составляющую, а полученные в результате продукты, используются вторично.

Объем поставки: от 651 тыс.шт./год до 1,33 млн. шт./год (в среднем около 1 млн. шт./год на ППС). Планируемая цена утилизации: 148,54 руб.шт. Как отмечают путейцы, что в советские годы, что во времена новой России серьѐзной головной болью был для них пресловутый вопрос – куда, собственно, девать отработавшие железобетонные шпалы. Каких-то специальных программ по их утилизации не существовало. Нередко приходилось изыскивать специальные места для складирования никому не нужного материала. За долгие годы скопилось его немало. Кое-что, правда, отдавали гражданам для ограждения дачных участков, а что-то использовали для ограждения полосы отвода от дикого или домашнего скота. При этом следили за судьбой железобетонных шпал не так пристально, как за деревянными шпалами. И неудивительно: они совершенно неогнеопасные. Несмотря на то, что территории в России хватит ещѐ на многие миллионы и даже миллиарды отработавших шпал, засорять родную землю, тем более, когда государство начинает всѐ более активно интересоваться сферой природоохраны, – далеко не тот вектор развития, которому должно следовать ОАО «РЖД». Отчасти, исходя из таких соображений, в последние годы стали разрабатывать программы по борьбе с таким «неликвидом». Одним из наиболее перспективных проектов в этом направлении стала утилизация отработавших шпал на специализированных установках типа КУШ-40.

Данная разработка – отечественная. Над еѐ созданием работали, в том числе и отраслевые институты и предприятия ОАО «РЖД». Установка обеспечивает полную утилизацию шпал, которые в естественных условиях практически не разлагаются (то есть решает серьѐзную задачу бережного отношения к природе нашей страны). По информации, предоставленной разработчиками, использование КУШ-40 дало возможность полностью отказаться от затрат на выделение земельных участков для складирования отслуживших свой срок шпал, а также вернуть в производственно-хозяйственный цикл до 90 % отходов в виде строительного щебня и очищенного лома арматурной стали. Налицо должен быть экономический эффект.

Однако внедрение дробильных установок ведѐтся отнюдь не ударными темпами. Как сообщают путейцы с Московской магистрали, первая такая установка появилась у них на дороге в 2005 году. С той поры компания закупила ещѐ четыре аналогичные машины. Сегодня их можно встретить также на Октябрьской магистрали, Свердловской и Южно-Уральской. Дело в том, что КУШ – удовольствие не из дешѐвых машин. Его стоимость свыше 20 млн. руб., а окупаемость, несмотря на «щебѐночный голод», – 7 лет.

Большим плюсом дробильных установок путейцы называют то, что такие машины дают возможность принимать шпалы к дроблению без предварительной подготовки, что позволяет утилизировать их целиком. Непосредственно утилизация шпалы происходит следующим образом. Бывшие в употреблении и отслужившие срок шпалы доставляются погрузчиком или платформой в зону действия манипулятора. Манипулятор подаѐт их в приѐмный лоток дробильной установки. Измельчают шпалы щѐковой дробилкой. Полученная масса по выходному лотку поступает на разгрузочный транспортѐр. Затем железоотделитель забирает арматуру, а очищенный щебень по боковому транспортѐру поступает на виброгрохот и выводится наружу через три отсека под разный размер щебня.

Только за сутки в течение трѐх рабочих смен он может перерабатывать до 960 шпал. Однако на данный момент, по информации представителей путевого хозяйства компании, дробильная техника работает отнюдь не на полную мощность. Так, только за прошлый год силами всех пяти установок было переработано в щебень лишь 150 тыс. таких шпал. С одной

140